(57)【要約】【課題】  異物混入潤滑下や高荷重下等の苛酷な環境下で使用される転がり支持装置において、表面起点型剥離および白色組織起点型剥離をともに抑制し、寿命を長くする。【解決手段】  内輪１、外輪２、および玉３の少なくとも一つを、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下、Ｍｎ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化、焼入れ、焼戻しを含む熱処理を施した。そして、転がり面をなす表層部のＣ含有率を１．０質量％以上２．０質量％以下、前記表層部のＮ含有率を０．２質量％以上２．０質量％以下、ＣおよびＮの総含有率が１．２質量％以上３．０質量％以下、前記表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２０体積％以下、前記表層部の硬さをＨＲＣ６２以上とした。【選択図】      図１
2006017163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材と第二部材の間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材および前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、
前記第一部材、第二部材、転動体の少なくとも一つは、
Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下、Ｍｎ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化、焼入れ、および焼戻しを含む熱処理が施されて得られ、
その転がり面をなす表層部は、Ｃ含有率が１．０質量％以上２．０質量％以下、Ｎ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、ＣおよびＮの総含有率が１．２質量％以上３．０質量％以下、残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下、硬さがＨＲＣ６２以上となっていることを特徴とする転がり支持装置。
【請求項２】
前記転がり面の旧オーステナイト結晶粒径は、５．０μｍ以下となっていることを特徴とする請求項１に記載の転がり支持装置。
【請求項３】
互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材と第二部材の間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材および前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置の前記第一部材、第二部材、および転動体を製造する方法において、
Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下、Ｍｎ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理を施す工程と、
Ａ1 変態点以下に冷却した後に、さらにＡ1 変態点以上に加熱する工程と、
焼入れ処理および焼戻し処理を施す工程と、をこの順で行うことにより、
その転がり面をなす表層部のＣ含有率を１．０質量％以上２．０質量％以下、前記表層部のＮ含有率を０．２質量％以上２．０質量％以下、ＣおよびＮの総含有率が１．２質量％以上３．０質量％以下、前記表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２０体積％以下、前記表層部の硬さをＨＲＣ６２以上とするとともに、前記転がり面の旧オーステナイト結晶粒径を５．０μｍ以下とすることを特徴とする転がり支持装置の構成部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイド等の転がり支持装置およびその構成部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり支持装置の一つである転がり軸受は、高面圧下で繰り返し剪断応力を受けて使用されるため、どのような転がり軸受であっても転がり疲れ寿命を有している。この転がり疲れ寿命を長くするために、転がり軸受の内輪、外輪、および転動体としては、通常、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）等の軸受鋼材を所定形状に加工した後、焼入れおよび焼き戻しが施されて、表面硬さをＨＲＣ６２以上にしたものが使用されている。
【０００３】
このような転がり軸受の定格疲れ寿命は、玉軸受では下記（１）式で算出され、ころ軸受では下記（２）式で算出される。
Ｌ1 ＝（Ｃ／Ｐ）3                                 ・・・（１）  
Ｌ2 ＝（Ｃ／Ｐ）10/3                              ・・・（２）
但し、（１），（２）式中、Ｌ1 は玉軸受の定格疲れ寿命、Ｌ2 はころ軸受の定格疲れ寿命、Ｃは基本動定格荷重、Ｐは軸受荷重を示す。
【０００４】
しかしながら、自動車、農業機械、建設機械、鉄鋼機械のトランスミッション（変速機）、エンジン、および減速機等で使用される転がり軸受は、潤滑油中に金属の切粉、削り屑、バリ、および摩耗粉が混入する潤滑環境下（以下、「異物混入潤滑下」と記す。）で使用される場合が多い。そのため、これらの用途の転がり軸受では、転がり面に異物による圧痕が生じ、この圧痕縁の凸部に応力が集中することにより、圧痕縁を起点としたクラックが発生・進展し、上述した定格疲れ寿命に達する前に表面起点型フレーキング（以下、「表面起点型剥離」と記す。）が生じる場合がある。
【０００５】
異物混入潤滑下で使用される転がり軸受の転がり疲れ寿命を長くするために、特許文献１では、内輪、外輪、および転動体の少なくとも一つについて、合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理および硬化熱処理を施すことにより、その表面層に存在する炭窒化物の単位面積当たりの面積率を１０％以上、前記表層部に存在する最大炭窒化物径を３μｍ以下、前記表層部の残留オーステナイト量を２５〜４５体積％、前記表層部の硬さをＨｖ７５０以上とすることが提案されている。ここで、硬化熱処理とは、浸炭窒化温度からＡ1 変態点以下に冷却した後、再度Ａ1 変態点以上に加熱して、その後焼入れおよび焼戻しを行う熱処理を指す。
【０００６】
ところで、環境問題を考慮して、輸送機器や構造物の軽量化および省エネルギー化を実現するために、鉄鋼材料のさらなる高強度化が要求されている。鋼の強化機構としては、上述した特許文献１に記載の析出硬化による強化の他、固溶硬化、転位強化、結晶粒径微細化による強化などが知られている。特に、結晶粒径微細化による効果としては、単位体積中の粒界の総面積が増大することにより粒界偏析が低減する「見かけ上の高純度化効果」や、結晶のすべり面が突き当たった粒界に集中する応力が低減する「粒界応力の低減効果」や、変形の異方性に起因した不均一な歪みが均一化される「歪みの分散効果」などが挙げられる。つまり、鋼の結晶粒径微細化は、延性や靱性を顕著に害することなく、鋼の強度向上を可能とする有効な手段として注目されている。
【０００７】
特許文献２では、軸受部品を、鋼からなる素材を所定形状に加工した後、Ａ1 変態点を超える温度で浸炭窒化処理を施し、さらに、Ａ1 変態点未満の温度に冷却した後、Ａ1 変態点以上且つ浸炭窒化温度未満の温度に再加熱して、その後焼入れおよび焼戻しを施すことにより、その浸炭窒化層およびその内部の鋼のオーステナイト結晶粒径を８μｍ以下とすることが提案されている。
【０００８】
また、オルタネータ（車両用交流発電機），電磁クラッチ，中間プーリ，テンショナー等のエンジン補機で使用される転がり軸受は、一般の転がり軸受と比べて、高温、高振動、高荷重下等の苛酷な環境下で使用される。そのため、これらの用途の転がり軸受では、その転がり面に十分な潤滑膜が形成され難く、軌道面と転動体とが接触し易くなっているため、上述した定格疲れ寿命に達する前に軌道面直下に白色を呈する組織（以下、「白色組織」と記す。）が生成して、それを起点としたフレーキング（以下、「白色組織起点型剥離」と記す。）が生じる場合がある。
【０００９】
この白色組織起点型剥離は、以下のようにして生じると考えられている。まず、軌道面と転動体とが接触することにより、転がり面に新生面（鋼の組織が露出した面）が生じる。次に、この新生面がトライボケミカル反応の触媒となり、潤滑油中に含まれる添加剤や水分を分解して水素イオンを発生させる。次に、この水素イオンが新生面に吸着して水素原子となり、最大剪断応力位置の近傍に集積することにより、白色組織（Ｗｈｉｔｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ばれる組織変化が起こる。そして、この組織変化に伴って転がり面に白色組織起点型剥離が生じる。
【００１０】
例えば、オルタネータにおいては、エンジンからの動力を受けてプーリが高速回転するため、プーリとプーリに巻き付けられたベルトとの間に静電気が発生する場合がある。通常、プーリの回転軸を支持するオルタネータ用転がり軸受では、その転がり面に潤滑油膜が形成されているため、内外輪間は絶縁状態になっており、上述した静電気に起因する放電現象が起こらない。しかし、内外輪の電位差（約１００〜５００Ｖ）が大きくなると、内外輪間で放電現象が起こり、これにより潤滑剤を構成するグリースや潤滑剤に含まれる水分が分解されて水素イオンを発生させるため、転がり面に上述した白色組織が生成し易いと考えられている。
【００１１】
高荷重下等の苛酷な環境下で使用される転がり軸受の転がり疲れ寿命を長くするための技術としては、特許文献３〜特許文献５および非特許文献１に記載の技術が挙げられる。  特許文献３では、オルタネータ用転がり軸受において、外輪を、残留オーステナイト量が０．０５体積％以上１０体積％未満の鋼から形成することで、軌道面下での残留オーステナイトの分解による塑性変形を抑制することが提案されている。
【００１２】
特許文献４では、軸受内にグリースが封入されたグリース封入軸受において、内輪および外輪の軌道面に厚さ０．１μｍ以上で、表面粗さ（Ｒａ）が１．１μｍの酸化皮膜を形成することで、グリースからの水素の分離を抑制し、転がり面の白色組織起点型剥離を抑制することが提案されている。
特許文献５では、軸受内にグリースが封入されたグリース封入軸受において、転動体をファインセラミックス製にすることで、ベルトとプーリとの間に静電気が発生しても、内外輪間で放電現象を起こり難くし、潤滑剤からの水素イオンの発生を抑制することが提案されている。
【００１３】
非特許文献１では、転がり面に十分な厚さの油膜を形成し、且つ、ダンパ効果の高いグリースを用いることで、高荷重・高振動を吸収して金属接触を抑制し、転がり面の白色組織起点型剥離を抑制することが提案されている。
また、高荷重下等の苛酷な環境下で使用される転がり軸受の転がり疲れ寿命を長くするためには、軸受サイズを大きくしたり、軸受を複列化することで、荷重条件を緩和することも有効であると考えられている。しかし、今後のエンジンの小型化、軽量化、および高性能化に伴って、軸受サイズに関しても制約を受けることが予想されるため、軸受サイズや軸受の複列化が有効な解決策であるとは言えない。
【００１４】
さらに、上述した環境問題に考慮して、近年、自動車の燃費効率の向上が益々重要となってきており、従来の多段式自動変速機に変わって、より燃費効率の高い金属ベルト式無段変速機が適用されている。このような金属ベルト式無段変速機で使用される転がり軸受は、一般の転がり軸受と比較して、高振動、高速回転、高荷重、すべり等を伴う苛酷な環境下で使用される。
【００１５】
そのため、これらの用途の転がり軸受では、その転がり面に十分な潤滑膜が形成され難く、軌道面と転動体との接触面で高い接線力が作用したり、金属接触による発熱や表面疲労を受け易くなっている。その結果、上述したエンジン補機で使用される転がり軸受と同様に、白色組織と呼ばれる組織変化が起こり、上述した定格疲れ寿命に達する前に転がり面に白色組織起点型剥離が生じる場合がある。また、このような苛酷な環境下であって、さらに異物混入潤滑下で使用される場合には、異物の噛み込みにより生成した圧痕の縁に大きな接線力が作用することになるため、表面起点型剥離に対しても十分な配慮が必要となる。
【特許文献１】特開平５−７８８１４号公報
【特許文献２】特開２００３−２２６９１８号公報
【特許文献３】特公平７−７２５６５号公報
【特許文献４】特公平６−８９７８３号公報
【特許文献５】特開平４−２４４６２４号公報
【非特許文献１】「ＳＡＥテクニカルペーパー；ＳＡＥ９５０９４４（開催日１９９５年２月２７日から３月２日）」、第一項〜第一４項
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の転がり軸受は、異物混入潤滑下における転がり疲れ寿命の向上を目的としたものであり、上述した白色組織を起因とした転がり疲れ寿命を向上させるという点で未だ改善の余地がある。
また、上述した特許文献２に記載の転がり軸受では、残留オーステナイト量について特定されていないため、異物混入潤滑下における転がり疲れ寿命を向上させるという点で未だ改善の余地がある。
さらに、上述した特許文献３に記載の転がり軸受は、異物混入潤滑下における転がり疲れ寿命の向上はもとより、上述した白色組織の生成を抑制するという点で未だ解決の余地がある。
【００１７】
さらに、上述した特許文献４に記載のグリース封入軸受では、高振動下や大きなすべりが生じるような苛酷な環境下で使用すると、転がり面に形成した酸化皮膜が破断される場合があり、白色組織の生成を効果的に抑制することは難しい。また、一般に、転がり軸受の製造工程は、研削工程から組み立て工程まで一貫しており、製造工程の途中で酸化皮膜処理を行うことはコストの著しい上昇を招く。
さらに、上述した特許文献５に記載の転がり軸受では、転動体をセラミックス製としたことによって、コストが上昇する。また、セラミックス製の転動体は、鋼製の転動体と比べてヤング率が高いため、軌道面との接触面圧が増大し、寿命が低下する傾向にある。
【００１８】
さらに、非特許文献１に記載の転がり軸受は、例えば、摩擦係数の高い自動変速機用潤滑油（ＡＴＦ：Automatic Transmisson Fluid ）や無段変速機用潤滑油（ＣＶＴＦ：Continuously Variable Transmisson Fluid ）が用いられるベルト式無段変速機で使用される転がり軸受のように、油潤滑下で使用される軸受には適用できない。また、非特許文献１に記載の転がり軸受をグリース潤滑下で使用される軸受に適用しても、転がり面の白色組織起点型剥離を抑制するという点で未だ改善の余地がある。
そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、異物混入潤滑下や高荷重下等の苛酷な環境下で使用される転がり支持装置において、表面起点型および白色組織起点型剥離をともに抑制し、寿命を長くすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を解決するために、本発明は、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材と第二部材の間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材および前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材、第二部材、転動体の少なくとも一つは、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下、Ｍｎ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化、焼入れ、および焼戻しを含む熱処理が施されて得られ、その転がり面をなす表層部は、Ｃ含有率が１．０質量％以上２．０質量％以下、Ｎ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、ＣおよびＮの総含有率が１．２質量％以上３．０質量％以下、残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下、硬さがＨＲＣ６２以上となっていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。
【００２０】
本発明の転がり支持装置において、前記転がり面の旧オーステナイト結晶粒径は、５．０μｍ以下となっていることが好ましい。
本発明はまた、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材と第二部材の間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材および前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置の前記第一部材、第二部材、および転動体を製造する方法において、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下、Ｍｎ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理を施す工程と、Ａ1 変態点以下に冷却した後に、さらにＡ1 変態点以上に加熱する工程と、焼入れ処理および焼戻し処理を施す工程と、をこの順で行うことにより、その転がり面をなす表層部のＣ含有率を１．０質量％以上２．０質量％以下、前記表層部のＮ含有率を０．２質量％以上２．０質量％以下、ＣおよびＮの総含有率が１．２質量％以上３．０質量％以下、前記表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２０体積％以下、前記表層部の硬さをＨＲＣ６２以上とするとともに、前記転がり面の旧オーステナイト結晶粒径を５．０μｍ以下とすることを特徴とする転がり支持装置の構成部品の製造方法を提供する。
【００２１】
なお、本発明における「表層部」とは、表面から所定深さ（例えば、転動体直径の２％の深さ）までの部分を指す。また、オーステナイト化した鋼は焼入れによってマルテンサイト組織になるが、「旧オーステナイト結晶粒径」とは、焼入れ前のオーステナイト結晶の平均粒径のことであり、焼入れおよび焼戻し後にマルテンサイト組織を腐食させることで現出する。
【００２２】
以下、本発明について詳述する。
〔Ｃ含有率：０．３質量％以上１．２質量％以下〕
Ｃ（炭素）は、鋼に必要な強度と寿命を付与する作用を有する。素材をなす鋼のＣ含有率が少な過ぎると、転がり支持装置の構成部品（第一部材，第二部材，転動体）として必要な強度を付与できないだけでなく、浸炭窒化処理を行う際に転がり面として必要な硬化層深さを得るための熱処理時間が長くなり、生産コストが増大する。このため、Ｃ含有率は０．３質量％以上、好ましくは０．６質量％以上とする。
一方、Ｃ含有率が多過ぎると、製鋼時に巨大な炭化物が生成されて、その後の焼入れ特性や転がり疲れ寿命に悪影響を及ぼすだけでなく、ヘッダー加工性が低下してコストの上昇を招く。よって、Ｃ含有率は１．２質量％以下とする。
【００２３】
〔Ｓｉ含有率：０．５質量％以上２．０質量％以下〕
Ｓｉ（ケイ素）は、製鋼時に脱酸剤としての作用を有するとともに、基地であるマルテンサイトを強化し、且つ、焼戻し軟化抵抗性を高めることにより、転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。また、浸炭窒化処理を行う際に、転がり面をなす表層部にＮ含有率と残留オーステナイト量をバランスよく付与する作用も有する。これらの作用を得るために、Ｓｉ含有率は０．５質量％以上、好ましくは０．８質量％以上とする。
一方、Ｓｉ含有率が多過ぎると、ヘッダー加工性および被削性等が低下するだけでなく、浸炭窒化特性が低下して、必要な硬化層深さを確保できず、転がり面をなす表層部のＮ含有率、Ｃ含有率および残留オーステナイト量を本発明の範囲内に出来なくなる。よって、Ｓｉ含有率は２．０質量％以下、好ましくは１．５質量％以下とする。
【００２４】
〔Ｍｎ含有率：０．２質量％以上２．０質量％以下〕
Ｍｎ（マンガン）は、Ｓｉと同様に、製鋼時に脱酸剤としての作用を有する他、焼入れ性を向上し、且つ、転がり疲れ寿命に有効な残留オーステナイトの生成を促進させる作用を有する。これらの作用を得るために、Ｍｎ含有率は０．２質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有率が多過ぎると、ヘッダー加工性および被削性が低下するだけでなく、熱処理後に多量の残留オーステナイトが残存して、良好な転がり疲れ寿命が得られなくなる。よって、Ｍｎ含有率は２．０質量％以下、好ましくは０．７質量％以下とする。
【００２５】
〔Ｃｒ含有率：０．５質量％以上２．０質量％以下〕
Ｃｒ（クロム）は、基地に固溶して、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用を有するとともに、高硬度の微細な炭化物や炭窒化物を形成して、軸受部品の硬さや熱処理時の結晶粒の粗大化を抑制するため、転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。これらの作用を得るために、Ｃｒ含有率は０．５質量％以上、好ましくは１．３質量％以上とする。
一方、Ｃｒ含有率が多過ぎると、製鋼時に巨大な炭化物が生成されて、その後の焼入れ特性や転がり疲れ寿命に悪影響を及ぼすだけでなく、ヘッダー加工性および被削性が低下して生産コストの上昇を招く。よって、Ｃｒ含有率は２．０質量％以下、好ましくは１．６質量％以下とする。
【００２６】
〔鋼のその他の構成成分について〕
本発明で使用する鋼は、上述した元素に加えて、Ｃｒと同様の作用を有するＭｏ（モリブデン）やＶ（バナジウム）等の炭化物形成促進元素を、素材費の上昇や加工性の低下によるコスト上昇を招かない範囲で含有してもよい。ＭｏやＶの含有率は、合計で４．０質量％以下とすることが好ましい。
また、上述した必須成分（Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ）および選択的に含有させるＭｏやＶ以外は、実質的にＦｅ（鉄）からなるが、不可避不純物として、Ｓ（硫黄），Ｐ（リン），Ａｌ（アルミニウム），Ｔｉ（チタン），Ｏ（酸素）等を含有してもよい。これらの元素は、表面起点型の破損に対して特に際立った抑制効果はないと言われているが、鋼の品質が著しく悪い場合には、これらが起点となって白色組織起点型の破損が生じる。このため、コストの著しい上昇を招くような厳しい不純物規制は行わないが、不可避不純物の含有率は、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼の清浄度規制を満たす品質レベルとする。
【００２７】
〔表層部のＮ含有率：０．２質量％以上２．０質量％以下〕
転がり面をなす表層部に存在するＮ（窒素）は、マルテンサイト中に固溶して硬さを向上させる作用を有する他、窒化物や炭窒化物による旧オーステナイト結晶粒径の微細化（ピン止め作用）および残留オーステナイトの付与により寿命を延長させる作用や、耐摩耗性および耐焼付き性を向上させる作用を有する。これらの作用を得るために、転がり支持装置の構成部品の転がり面をなす表層部のＮ含有率は０．２質量％以上とする。
一方、前記表層部のＮ含有率が多過ぎると、窒化物や炭窒化物の析出量が増大して、前記表層部に必要な残留オーステナイト量を確保できなくなるとともに、焼入れ性が低下して十分な耐疲労性が得られなくなる。よって、構成部品の転がり面をなす表層部のＮ含有率は２．０質量％以下とする。
【００２８】
〔転がり面をなす表層部のＣ含有率：１．０質量％以上２．０質量％以下〕  
転がり面をなす表層部に存在するＣ（炭素）は、上述したＮと同様に、硬さを向上させる作用を有する他、寿命を延長させる作用や、耐摩耗性および耐焼付き性を向上させる作用を有する。これらの作用を得るために、構成部品の転がり面をなす表層部のＣ含有率は１．０質量％以上とする。
【００２９】
一方、前記表層部のＣ含有率が多過ぎると、上述したＮと同様に、炭化物や炭窒化物の析出量が増大して、前記表層部に本発明の範囲内の残留オーステナイト量を得ることができなくなるとともに、焼入れ性が低下して十分な耐疲労特性が得られなくなる。また、粗大な炭化物が生成して、著しく寿命が低下する場合がある。よって、構成部品の転がり面をなす表層部のＣ含有率は２．０質量％以下とする。
なお、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率は、１．２質量％以上３．０質量％以下とすることが好ましい。
【００３０】
〔転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量：５体積％以上２０体積％以下〕
転がり面をなす表層部に存在する残留オーステナイトは、異物の噛み込みにより形成された圧痕の縁に応力が集中し難くする作用を有する。この作用を得るために、構成部品の転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量は５体積％以上とする。
一方、前記表層部の残留オーステナイト量が多過ぎると、硬さが低下したり、耐疲労性や摩擦・摩耗特性が劣化するだけでなく、寸法安定性が低下したり、組み立て時の変形応力の減少により組み立て性が低下する場合がある。よって、前記転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量は２０体積％以下とする。
【００３１】
〔表層部の硬さ：ＨＲＣ６２以上〕
転がり面をなす表層部の硬さは、異物の噛み込みによる圧痕を抑制し、転がり疲れ寿命を向上させるために、ＨＲＣ６２以上とする。一方、前記表層部が硬過ぎると、十分な残留オーステナイト量が確保できなくなったり、かえって靱性が低下する場合もあるため、前記表層部の硬さはＨＲＣ６５以下とすることが好ましい。
【００３２】
〔転がり面の旧オーステナイト結晶粒径：５．０μｍ以下〕
転がり面の旧オーステナイト結晶粒径を５．０μｍ以下、好ましくは３．０μｍ以下にすることにより、粒界への水素集積が抑制され、且つ、結晶のすべり面が突き当たった粒界に集中する応力が低減される。その結果、白色組織の生成を抑制できる。また、旧オーステナイト結晶粒径の微細化により、残留オーステナイトも微細化されるため、これによる寿命延長効果も得られる。
【００３３】
〔熱処理について〕
まず、上述した本発明で使用する鋼からなる素材を、鍛造又は切削により所定形状に加工した後、混合ガス（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）を導入した炉内で、数時間加熱保持することで浸炭窒化処理を行う。ここで、アンモニアガスは処理温度が高くなる程分解し易くなる。アンモニアガスが分解し易くなると、混合ガス中の残留アンモニアガスの濃度が小さくなり、構成部品の転がり面をなす表層部に本発明の範囲内のＮ含有率が得られなくなる。
【００３４】
よって、浸炭窒化処理を、雰囲気温度８２０〜８５０℃程度で行うことにより、前記表層部のＮ含有率およびＣ含有率を本発明の範囲内にすることが好ましい。また、雰囲気温度７５０〜８５０℃程度で浸炭窒化処理を行うことにより前記表層部のＮ含有率を本発明の範囲内にした後に、雰囲気温度８５０℃以上の温度に昇温して浸炭処理を行うことにより前記表層部のＮ含有率とＣ含有率をともに本発明の範囲内にしてもよい。
【００３５】
次に、浸炭窒化処理後の素材を、Ａ1 変態点（７２３℃）以下、好ましくは１００℃以下まで冷却し、変態を完了させる。
次に、Ａ1 変態点以上の温度（例えば、８２０〜８６０℃、好ましくは８３０〜８５０℃）に加熱し、焼入れおよび焼戻しを行う。これにより、構成部品の転がり面における所定の熱処理品質を確保するとともに、旧オーステナイト結晶粒径を本発明の範囲内にできる。
【００３６】
このとき、焼入れ温度が高過ぎると、微細な窒化物や炭窒化物の溶け込みに伴って、結晶粒の粗大化が生じるとともに、前記表層部の残留オーステナイト量が多くなるため、転がり疲れ寿命が短くなるだけでなく、摩擦・摩耗特性も劣化する。一方、焼入れ温度が低過ぎると、微細な窒化物や炭窒化物の溶け込みが不足するため、焼入れ性が低下して、前記表層部に必要な硬さと残留オーステナイト量が得られず、寿命延長作用が期待できない。よって、焼入れ温度は、前記表層部の硬さと残留オーステナイト量を本発明の範囲内にできるように、８２０〜８６０℃程度で行う。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の転がり支持装置によれば、異物混入潤滑下や高荷重下等の苛酷な環境下で用いた場合でも、表面起点型剥離および白色組織起点型剥離をともに抑制でき、転がり疲れ寿命を長くできる。
本発明の転がり支持装置の構成部品の製造方法によれば、異物混入潤滑下や高荷重下等の苛酷な環境下で用いた場合でも、表面起点型剥離および白色組織起点型剥離がともに生じ難く、転がり疲れ寿命の長い構成部品を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１に示す呼び番号６２０６（内径：３０ｍｍ、外径：６２ｍｍ、幅：１６ｍｍ、玉の直径：９．５２５ｍｍ）の深溝玉軸受を、以下に示す方法で作製した。この深溝玉軸受は、軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面２ａを有する外輪２と、複数個の玉３と、保持器４と、からなる。
内輪１および外輪２は、以下に示す手順で作製した。まず、鋼中のＣｒ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒが表１に示す各含有率の鋼からなる素材を所定形状に施削加工した後、表１にＡ〜Ｄで示す各方法の熱処理を施した。次に、研削仕上げ加工を行った。
【００３９】
なお、表１に「Ａ」で示す熱処理は、以下の条件で行った。まず、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガスの雰囲気中において、８２０〜８４０℃で２〜３時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れによりＡ1 変態点以下（室温〜６０℃）に冷却した。次に、再度Ａ1 変態点以上（８３０〜８５０℃）に加熱して０．５〜１．０時間保持した後、油焼入れを行った。次に、１６０〜１８０℃で１．５時間保持することにより焼戻しを行った。
【００４０】
また、表１に「Ｂ」で示す熱処理は、以下の条件で行った。まず、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガスの雰囲気中において、８２０〜８４０℃で２〜３時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れによりＡ1 変態点以下（室温〜６０℃）に冷却した。次に、Ａ1 変態点以上（７９０〜８１０℃）に加熱して０．５〜１．０時間保持した後、油焼入れを行った。次に、１６０〜１８０℃で１．５時間保持することにより焼戻しを行った。
【００４１】
さらに、表１に「Ｃ」で示す熱処理は、以下の条件で行った。まず、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガスの雰囲気中において、８３０〜８５０℃で２〜３時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行った。次に、１６０〜１８０℃で１．５時間保持することにより焼戻しを行った。
さらに、表１に「Ｄ」で示す熱処理は、以下の条件で行った。まず、ＲＸガス雰囲気中において、８３０〜８５０℃で３０〜４０分間保持した後、油焼入れを行った。次に、１６０〜１８０℃で１．５時間保持することにより焼戻しを行った。
【００４２】
このようにして得られた内輪１および外輪２に対して、軌道面（転がり面）１ａ，２ａをなす表層部（表面から１００μｍの深さまでの部分）のＣ含有率およびＮ含有率と、前記表層部の残留オーステナイト量（γR ）と、前記表層部の硬さと、軌道面１ａ，２ａの旧オーステナイト結晶粒径（γ粒径）とを測定した。
前記表層部のＣ含有率およびＮ含有率（質量比）は、軌道面１ａ，２ａの深さ方向におけるＣ含有率およびＮ含有率をＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）により測定した値のうち、軌道面１ａ，２ａの表面から５０〜１００μｍの深さ位置のＣ含有率およびＮ含有率の平均値を代表値として、表１に示した。
【００４３】
また、前記表層部に存在する残留オーステナイト量 (体積比）は、軌道面形成時に加工の影響を受けている部分（表面から２０〜３０μｍの深さまでの部分）を電解研磨で除去した後、Ｘ線回折装置により測定した値を、表１に示した。
さらに、前記表層部の硬さ（ＨＲＣ）は、軌道面１ａ，２ａの深さ方向における硬さ分布をビッカース硬度計により測定した値のうち、５０〜１００μｍの深さ位置のビッカース硬さをロックウェル硬さに換算した値の平均値を代表値として、表１に示した。
【００４４】
さらに、軌道面１ａ，２ａの旧オーステナイト結晶粒径は、以下のようにして測定した値を表１に示した。まず、ピクリン酸溶液（ピクラール：ラウリルベンゼンスルフォン酸＝１：１）を用いて軌道面１ａ，２ａを腐食させることで、軌道面１ａ，２ａのオーステナイト組織を現出させた。そして、このオーステナイト組織を走査型電子顕微鏡で観察して、旧オーステナイト結晶粒界をトレースして画像処理装置により解析することにより、旧オーステナイト結晶粒径を算出した。
そして、このようにして得られた内輪１および外輪２と、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼二種）製で浸炭窒化処理が施された玉３と、プラスチック製の保持器４とを用いて、深溝玉軸受を組み立てた。
【００４５】
次に、これらの深溝玉軸受を用いて、異物混入潤滑下で使用することを想定した以下の条件で寿命試験を行った。なお、この試験は、各深溝玉軸受の寿命が定格疲れ寿命（計算寿命）の１．５〜２．０倍に達するまでを上限として、内輪１または外輪２にフレーキングが発生するまで行い、このフレーキングが発生するまでの累積応力繰り返し回転数を寿命として測定した。この結果については、各深溝玉軸受において、ワイブル分布関数に基づくＬ10寿命を計算し、Ｎｏ．１４のＬ10寿命を１とした時の比を、表１に併せて示した。
〔異物混入潤滑下での寿命試験条件〕
荷重：６２２３Ｎ
回転数：３０００ｍｉｎ-1
潤滑油：♯６８タービン油
混入異物：（組成）ステンレス系粉
（硬さ）ＨＲＣ５２  
（粒径）７４〜１４７μｍ
（混入量）潤滑油中に３００ｐｐｍとなるように混入
【００４６】
次いで、これらの深溝玉軸受について、高荷重、トラクション油潤滑下で使用することを想定した以下の条件で寿命試験を行った。なお、この試験は、各深溝玉軸受の寿命が定格疲れ寿命（計算寿命）の１．５〜２．０倍に達するまでを上限として、内輪１または外輪２にフレーキングが発生するまで行い、このフレーキングが発生するまでの累積応力繰り返し回転数を寿命として測定した。なお、この試験の破損モードは、白色組織の生成に起因する。この結果については、各深溝玉軸受において、ワイブル分布関数に基づくＬ10寿命を計算し、Ｎｏ．１４のＬ10寿命を１とした時の比を、表１に併せて示した。
〔高荷重下での寿命試験条件〕
荷重：８９１８Ｎ
回転数：３０００ｍｉｎ-1
潤滑油：トラクション油（４０℃での動粘度：３０．４ｍｍ2 ／ｓ，１００℃での動粘度：５．２ｍｍ2 ／ｓ）
温度：１１０℃
【００４７】
【表１】
2006017163.tif 000003
表１に示すように、内輪１および外輪２を、全て本発明の構成（鋼，熱処理方法，転がり面をなす表層部，転がり面）としたＮｏ．１〜１０は、本発明の構成から外れるＮｏ．１１〜１４と比較して長寿命であり、異物混入潤滑下での寿命試験ではＮｏ．１４の４．１〜５．９倍の寿命が得られ、高荷重、トラクション油潤滑下での寿命試験ではＮｏ．１４の３．９倍以上の寿命が得られた。
【００４８】
Ｎｏ．１〜１０のうち、軌道面１ａ，２ａの旧オーステナイト結晶粒径が本発明範囲（５．０μｍ以下）から外れるＮｏ．１０では、高荷重、トラクション油潤滑下での寿命試験においてＮｏ．１〜９と比較して短寿命であった。また、軌道面１ａ，２ａの旧オーステナイト結晶粒径が本発明範囲の上限値（５．０μｍ）であるＮｏ．９では、高荷重、トラクション油潤滑下での寿命試験においてＮｏ．１〜８と比較して短寿命であった。
【００４９】
すなわち、素材として用いる鋼と、軌道面１ａ，２ａをなす表層部のＮ含有率、Ｃ含有率、残留オーステナイト量、および硬さとを本発明の構成とした内輪１および外輪２を用いることにより、異物混入潤滑下や高荷重、トラクション油潤滑下で使用しても、深溝玉軸受の寿命を長くできることが分かった。
また、素材として用いる鋼と、軌道面１ａ，２ａをなす表層部のＮ含有率、Ｃ含有率、残留オーステナイト量、および硬さとに加えて、軌道面１ａ，２ａの旧オーステナイト結晶粒径を本発明の構成とした内輪１および外輪２を用いることにより、高荷重、トラクション油潤滑下で使用しても、深溝玉軸受の寿命をさらに長くできることが分かった。
【００５０】
以上の結果から、異物混入潤滑下で使用した深溝玉軸受の寿命延長は、内輪１および外輪２の軌道面１ａ，２ａにおける硬さおよび残留オーステナイト量のバランス改善に加えて、旧オーステナイト結晶粒径の微細化、これに伴うマルテンサイト結晶および残留オーステナイトの緻密化、微細炭化物および微細炭窒化物の析出に伴う析出硬化および接触面の摩擦力低減によるものと想定される。
【００５１】
また、高荷重、トラクション油潤滑下で使用した深溝玉軸受の寿命延長は、内輪１および外輪２の軌道面１ａ，２ａにおける旧オーステナイト結晶粒径の微細化に加えて、軌道面１ａ，２ａをなす表層部の残留オーステナイトの水素トラップや、鋼中に存在するＳｉ等による組織安定性の向上、および粒界への応力集中の低減により、白色組織の生成が抑制されたためであると想定される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の転がり支持装置の一例である深溝玉軸受を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１      内輪（第一部材）
１ａ    軌道面
２      外輪（第二部材）
２ａ    軌道面
３      玉（転動体）
４      保持器
【図１】
2006017163.tif 000004